(57)【要約】【課題】  比重の異なる２種以上の固体物質の粒子の混合粒体から重金属等の高比重粒子を高品位、高収率で分離回収してリサイクルすることができる分離方法を提供する。【解決手段】  重金属含有土壌等の混合粒体を分級して所定範囲内の粒径を有する分級粒体を得た後、この分級粒体を旋回流を伴う上昇液流中に装入して、高比重の重金属粒子を選択的に沈降させて高品位かつ高収率で分離回収して重金属等をリサイクル可能にするとともに、これらの重金属等が除去された低比重粒子からなる土壌を得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比重の異なる２種以上の固体物質の粒子の混合粒体を分級して所定範囲内の粒径の分級粒体を得た後、該分級粒体を上昇液流中に装入して該分級粒体中の高比重粒子を選択的に沈降させる比重分離を行うことを特徴とする混合粒体の分離方法。
【請求項２】
前記上昇液流の上昇速度を、該液中での前記高比重粒子の沈降速度と前記分級粒体中の低比重粒子の沈降速度との範囲内で選択する、請求項１記載の分離方法。
【請求項３】
前記上昇液流が旋回しつつ上昇する液流である、請求項１または２に記載の分離方法。
【請求項４】
前記高比重粒子が金属粒子である、請求項１〜３のいずれかに記載の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属や鉱物などの比重の異なる２種以上の固体物質の粒子の混合粒体を比重差等により分離する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、比重の異なる２種以上の固体物質の粒子の混合粒体を分離する技術として、ジグ選別、重液選別、サイクロン等といった選鉱分野等で用いられてきた技術がある。また、アルミニウムを含む軽量物と銅を含む重量物とからなる軽重混合物を対象として選別容器内に下部から上部に向かって流れる重液流を形成し、見かけ上の重液の比重を大きくし、沈降する重量物と浮上する軽量物とに分離する方法もある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１４２５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
［従来技術の問題点の抽出］
（１）従来の選鉱技術であるジグ選別やサイクロンによる高比重物と低比重物の分離技術では分離精度が高くないため、高比重物として回収される物の中には低比重物もある程度混入してしまうという問題がある。
（２）前記の特許文献１などの重液を用いた分離方法では、分離精度の問題は解決されるにしても、マグネタイト粉末等の懸濁液である重液の比重管理や工程の複雑化、高コスト化といった問題がある。
［解決すべき課題（解決テーマ）］
本発明は上記のような従来技術の諸問題を解決し、比重の異なる２種以上の固体物質の粒子の混合粒体から重金属等の高比重粒子を高品位かつ高収率で分離回収して容易にリサイクルすることができる簡潔な分離方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために、本発明者等は比重差による沈降速度の差に着目し、適正な粒径範囲に分級した高比重粒子と低比重粒子から成る混合粒体（分級粒体という。）を、高比重粒子の沈降速度よりも遅く、低比重粒子の沈降速度よりも速い上昇流の中に直接装入することにより、浮上する低比重粒子と沈降する高比重粒子とに分離する技術を開発した。
【０００５】
すなわち、本発明は、第１に、比重の異なる２種以上の固体物質の粒子の混合粒体を分級して所定範囲内の粒径の分級粒体を得た後、該分級粒体を上昇液流中に装入して該分級粒体中の高比重粒子を選択的に沈降させる比重分離を行うことを特徴とする混合粒体の分離方法を、第２に、前記上昇液流の上昇速度を、該液中での前記高比重粒子の沈降速度と前記分級粒体中の低比重粒子の沈降速度との範囲内で選択する、第１記載の分離方法を、第３に、前記上昇液流が旋回しつつ上昇する液流である、第１または２に記載の分離方法を、第４に、前記高比重粒子が金属粒子である、第１〜３のいずれかに記載の分離方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、鉛や鉄などの金属を含有する土壌のような金属粒子等の高比重粒子と土壌等の低比重粒子の混合粒体について所定の粒径範囲内に分級した後に、重液等を用いることなく水の流速を設定するだけの簡易な比重分離操作を施すことにより、高比重粒子と低比重粒子をほぼ完全に分離することができる。すなわち、重金属等の高比重粒子を高品位かつ高収率で回収し、リサイクルして製錬原料とすることができ、さらに、重金属等による汚染土壌から重金属が回収されることによって無害化処理することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明において上昇液流として重液は不要であり、したがって通常は水を用いる。分離対象の混合粒体中に水と反応して変質し不都合が生じてしまうような粒子が混在している場合等は、水に代えてその粒子と反応しない適切な液体を選択することができる。水が凍結するような寒冷地の場合または高温粒子を分離する場合等も必要に応じて低凝固点または高沸点の適切な液体を選択することができる。さらに、比重分離装置の排液口から排出された低比重粒子と液流とのスラリー、排出口から排出された高比重粒子のスラリーをそれぞれ固液分離し、得られた両回収液を給液口に供給される液流として繰り返し使用することができるので、上記の理由などで特殊な液体や高価な液体を用いた場合であってもその液体の使用によるコスト上昇を抑制することができる。以下の説明においては液体として通常どおり水を用いた場合について記載する。
【０００８】
適正な粒径範囲に分級され高比重粒子と低比重粒子が混合されてなる分級粒体を、高比重粒子の沈降速度よりも遅く、低比重粒子の沈降速度よりも速い上昇液流の中に装入すると、図１の比重分離概念図に示すように、低比重粒子は浮上し高比重粒子は沈降するため、高比重粒子をほぼ完全に分離することが可能となる。
なお、適正な粒径範囲内に分級する理由は、物体の沈降速度は比重と粒径によって決まってくるためである。例えば、高比重粒子としての球状の鉛の粒子と、低比重粒子としての球状の石の粒子に関しそれぞれ粒径１〜１２ｍｍの範囲で６点設定して、静止した水中での沈降速度をニュートンの式を用いて算出すると表１に示すようになり、粒径が２ｍｍの鉛の粒子と粒径が１２ｍｍの石の粒子の沈降速度がほぼ等しいことがわかる。
【０００９】
これらの比重分離に当たっては、両粒子間である程度沈降速度に差がないと実際上はこれらを分離するのは困難であるため、仮に分級点を４ｍｍとすれば、表１によって水の上昇流速を０.５ｍ／秒とすることで鉛の粒子と石の粒子を分離することができる。なお、現実には粒子形状は球状でないものが多く、球状から変形するほど沈降速度は遅くなるため、高比重粒子および低比重粒子の形状を考慮して、水の上昇流速を調整する必要がある。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
比重の異なる２種以上の固体物質の粒子が混合した分級粒体を比重分離する装置として、例えば、内部に沈降分離部を形成する立設された略筒体を有してなり、該筒体の上面に該分級粒体が装入される装入口を有し、該筒体の下方側面に該筒体内で上昇する液流が供給される給液口を有し、該沈降分離部で選択的に浮上した該分級粒体中の低比重粒子と該液流とが排出される排液口を該筒体の上方側面に有し、該沈降分離部で選択的に沈降した該分級粒体中の高比重粒子が排出される排出口を該筒体の下面に有する装置（装置Ａということがある。）を用いることができる。
【００１２】
この装置Ａは、具体的には、高比重粒子と低比重粒子が混合した分級粒体を装入する装入口と、沈降せずに浮上した低比重粒子を水と共に排出するオーバーフローの排液口とを有する装入・排液部と、高比重粒子が沈降する沈降分離部と、沈降分離部の下部から内部に水を供給する給液口と、沈降した高比重粒子を排出するアンダーフローの排出口から構成されている。
【００１３】
沈降分離部の形状は円筒状、円錐台状に限ることはなく、例えば角筒状、角錐台状であっても良いが、沈降分離部は上昇流速が一定となるようにその断面積が一定の形状にするのが好ましい。
また、沈降分離部を円筒状にした場合には沈降分離部の下部にある給液口を円筒管に接線方向に取り付けることで、沈降分離部内において水を旋回させながら上昇流を供給することができ、浮上した低比重粒子を効率良く排液口からオーバーフローさせ排出させることができる。
【００１４】
沈降分離部内において水が旋回しつつ上昇することにより、円筒管内に均一に水が行き渡り、水の上昇流の流速が管内で均一になり、分離性能が向上する。また、上昇流も給液口からの流量により制御でき好都合である。上昇流の速度は、水中での高比重粒子の沈降速度と低比重粒子の沈降速度との範囲内から選択するが、その精度は、具体的には０．１ｍ／秒程度の精度で十分可能である。
旋回流は、排液口において、浮上してきた低比重粒子を円滑に排出する役割もある。排液口において旋回流がないと、一定の個所に粒子が滞留することが生じやすくなるが、旋回流があるとその滞留は防止することができる。
沈降した高比重粒子はバルブ等を有する排出口から、断続的又は連続的に抜き出すことができる。
【００１５】
また、本発明においては、排液口から排出されるオーバーフローについて低比重粒子を固液分離して水は貯水タンクに溜め、また、排出口から排出されるアンダーフローについては高比重粒子を固液分離して水は貯水タンクに送液し、次いでポンプにより再度比重分離装置に繰り返し供給して使用することができる。
【００１６】
さらに、比重の異なる２種以上の固体物質の粒子が混合した分級粒体を比重分離する別の装置として、例えば、内部に沈降分離部を形成する立設された略筒体を有してなり、該沈降分離部に開口して該分級粒体が装入される装入口を該筒体の上面または側面に有し、該開口より下方の該筒体の側面に該筒体内で上昇する液流が供給される給液口を有し、該沈降分離部で選択的に浮上した該分級粒体中の低比重粒子と該液流とが排出される排液口を該開口より上方の該筒体の側面に有し、該沈降分離部で選択的に沈降した該分級粒体中の高比重粒子が排出される排出口を該筒体の下面または該給液口より下方の側面に有する装置（装置Ｂということがある。）を用いることができる。これにより、装入口から装入された高比重粒子が直接に排液口から排出されてしまうことを防ぐことができ、前述の装置Ａの場合よりも分離精度が一層向上する。
【実施例】
【００１７】
以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００１８】
〔実施例１〕  混合粒体サンプルとして、高比重粒子が粒径２ｍｍで比重１１．３、沈降速度０．７８ｍ／秒の鉛粒子、低比重粒子が比重２．７の土壌である金属含有土壌を用いた。この金属含有土壌を１.７ｍｍ以上４.０ｍｍ以下に分級して土壌と上記鉛粒子とが混合した分級粒体を得て、これを前述の装置Ａの比重分離装置に装入し、上昇流速０．５ｍ／秒となるように水を装置Ａに流入して鉛粒子の分離回収を行った。得られた結果を表２中に示した。これによれば、排液口から排出されたオーバーフロー（ｏｆと表す。）中の固形分の鉛品位は０．１重量％未満であり、排出口から回収、分離されたアンダーフロー（ｕｆと表す。）中の固形分の鉛品位は９９．７重量％と高品位であり、また、排出口から回収、分離された鉛は装入された鉛量の９９．９％を超える高収率であった。
【００１９】
〔実施例２〕  混合粒体サンプルとして、実施例１と同じ金属含有土壌を用いた。この金属含有土壌を１.７ｍｍ以上４.０ｍｍ以下に分級して得た実施例１と同じ分級粒体を前述の装置Ｂの比重分離装置に装入し、上昇流速０．５ｍ／秒となるように水を装置Ｂに流入して鉛粒子の分離回収を行った。得られた結果を表２中に示した。これによれば、排液口から回収されたオーバーフロー中の固形分の鉛品位は０．１重量％未満であり、排出口から回収、分離されたアンダーフロー中の固形分の鉛品位は９９．９重量％とさらに高品位であり、また、排出口から回収、分離された鉛は装入された鉛量の９９．９％を超える高収率であった。
【００２０】
〔実施例３〕  混合粒体サンプルとして、高比重粒子が粒径３ｍｍで比重７．８の鉄粒子、低比重粒子が比重２．７の土壌である金属含有土壌を用いた。この金属含有土壌を１.７ｍｍ以上４.０ｍｍ以下に分級して土壌と上記鉄粒子とが混合した分級粒体を得て、これを前述の装置Ｂの比重分離装置に装入し、上昇流速０．５ｍ／秒となるように水を装置Ｂに流入して鉄粒子の分離回収を行った。得られた結果を表２中に示した。これによれば、排液口から排出されたオーバーフロー中の固形分の鉄品位は０．１重量％未満であり、排出口から回収、分離されたアンダーフロー中の固形分の鉄品位は９９．８重量％と高品位であり、また、排出口から回収、分離された鉄は装入された鉄量の９９．９％を超える高収率であった。
【００２１】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００２２】
重金属含有土壌のような高比重粒子と低比重粒子との混合粒体について、高比重粒子を高品位かつ高収率でリサイクル回収して製錬原料とし、かつ無害化された土壌を得る用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る比重分離概念図
【符号の説明】
【００２４】
１  分級粒体
２  高比重粒子
３  低比重粒子
４  液流の上昇速度
５  旋回上昇液流
６  比重分離装置（Ａ）の沈降分離部
７  液面
【図１】
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